Експериментально досліджено фізичні особливості плазми електричної дуги, що вільно горить в парах міді, із застосуванням швидкісних засобів вимірювання та методик. Встановлено, що плазма електричної дуги, що вільно горить в парах міді, в приелектродних областях та на периферії розряду, на відміну від відомих стабілізованих стінками дуг, виявляє нерівноважні властивості. Порушення рівноваги в плазмі визначається наявністю різких градієнтів її параметрів та відповідно просторовою неоднорідністю її випромінювальних та поглинальних характеристик. Механізмом, що відповідає за порушення рівноваги, є перенесення резонансного випромінювання, внаслідок чого реалізується часткова локальна термодинамічна рівновага. В досліджених режимах існування плазми електричної дуги, що вільно горить в парах міді, уточнено значення параметрів штарківського уширення спектральних ліній атома міді Cul - 515,3 та 510,5 нм.

За допомогою спектроскопічних методів досліджено багатокомпонентну термічну плазму електродугового розряду між мідними електродами в потоці двоокису вуглецю інтенсивністю 6,45 с. л/хв. Вивчено вільно існуючий у повітрі розряд і розряди в потоках аргону або повітря. Оцінено вплив гідродинамічного охолодження на стан плазми як у випадку одноатомного, так і молекулярного газових потоків. Встановлено відхилення стану плазми від локальної термодинамічної рівноваги в приосьовій області розряду в потоці двоокису вуглецю за сили струму 30 А. Припущено, що головною причиною такого явища є термічна дисоціація молекул робочого газу.

За допомогою металографічних методів досліджено структурні зміни в робочому шарі композиційних електродів на основі міді (Cu - Mo та Cu - W). Така вторинна структура на поверхні електродів утворюється під дією плазми електродугового розряду. Показано вплив складу електродів і сили струму електричної дуги на особливості формування вторинної структури.

Розроблено пристрій дистанційного керування монохроматорами МДР-12/23 на базі двох мікроконтролерів ATtiny 2313. Створено схему керування кроковим двигуном ШДР-711, що забезпечує струм в обмотках до 2,5 А. Розроблені програмні алгоритми на мові асемблера дозволяють: змінювати швидкість крокового двигуна дискретно на 9 позицій; виводити на світлодіодний індикатор значення довжини хвилі спектральної лінії та швидкість сканування спектра.

Наведено результати вимірювання радіального розподілу електронної концентрації в плазмі електродугового розряду між срібними електродами та композиційними електродами на основі срібла (Ag - CuO). Проаналізовано доцільність використання для діагностики плазми кількох спектральних ліній, розширених під впливом домінуючого квадратичного ефекту Штарка. Одержані результати порівнюються із значенням електронної концентрації у дузі між мідними електродами.

Наведено результати розробки імпульсного джерела живлення із стабілізацією струму для виконання досліджень плазми дуги, що горить між плавкими електродами. Розглянуто проблеми створення такого джерела та запропоновано шляхи їх вирішення. З метою балансування схеми розроблено оригінальний програмний алгоритм для реалізації широтно-імпульсної модуляції із залученням мікроконтролера ATtiny2313 фірми Atmel.

Запропоновано методику реєстрації та обробки спектрів випромінювання для діагностики плазми електродугового розряду. Методика дозволяє одночасно одержувати просторові розподіли інтенсивності випромінювання для кількох спектральних ліній. Реалізовано програмний інтерфейс користувача для обробки експериментальних даних. Запропонована методика апробована під час визначення радіальних профілів температури плазми електродугового розряду між мідними електродами. Виконано порівняння з результатами, одержаними за іншою методикою, зроблено оцінку похибки результуючої інтенсивності випромінювання, зумовленої процедурою перетворення даних.

За допомогою методів оптичної емісійної спектроскопії досліджено параметри плазми вільно існуючого електродугового розряду між латунними електродами за сил струму 3,5 та 30 А. Радіальні розподіли температури плазми визначено за допомогою методу діаграм Больцмана із залученням спектральних ліній атомів міді та цинку. Обговорено доцільність застосування окремих спектроскопічних констант ліній ZnI у діагностиці плазми з домішками парів цинку. Проаналізовано можливість використання моделі локальної термодинамічної рівноваги в такій плазмі.

Індекс рубрикатора НБУВ: В344.6 + В333.15

Рубрики:

Лазерна спектроскопія

Діагностика плазми

Шифр НБУВ: Ж28079/рад.фіз.Ел. Пошук видання у каталогах НБУВ 

Упродовж останніх років низькотемпературна плазма знаходить все більшого застосування в наукових та технологічних сферах, при цьому, найбільш поширеним методом для діагностики такої плазми є оптична емісійна спектроскопія (ОЕС). Зазвичай найпростіша оптична система для визначення та дослідження параметрів плазми складається зі спектрометра чи монохроматора, оптичного датчика та оптоволокна або системи лінз. Усі елементи системи мають бути попередньо відкаліброваними з метою коригування різниці у спектральних відгуках кожного з них. Запропоновано методичні вказівки для визначення та калібрування спектральної чутливості оптичних приладів на прикладі розрахунків спектрального відгуку високоапертурного компактного спектрометра SDH-IV у діапазоні довжин хвиль від 345 до 605 нм. Як еталонні джерела випромінювання для калібрування спектра використано вольфрамову стрічкову і галогенову лампи.

Як відомо, під час комутації електричних мереж між електродами та/або контактами перемикачів може виникнути дуговий розряд. І, як наслідок, це може призвести до ерозії контактів, що, у свою чергу, призводить до зменшення терміну експлуатації таких пристроїв. Комбінування тугоплавких компонентів (Mo, Cr, W) та компонентів із високою провідністю (Cu, Ag) надає змогу одержувати матеріали з бажаними експлуатаційними характеристиками, зокрема, за умов запалювання електричної дуги. Дане дослідження присвячене оптичній спектроскопії термічної плазми вільноіснуючого електродугового розряду силою струму 3,5 та 30 А між асиметричними мідним та композитним Ag-Ni електродами. Така електрична дуга може розглядатися як спрощена модель реальних комутаційних пристроїв електроенергетичної галузі. Дослідження плазми електродугового розряду з домішками парів металів електродного походження спрямовані на підвищення ерозійної стійкості електродів за рахунок оптимізації складу матеріалу та розробки нових технологій їх виготовлення.